学习情境5模数和数模转换控制系统-项目2-1知识准备

项目-2基于温度传感器的高温报警控制系统1知识储备学习情境5-模数和数模转换控制系统一、项目描述二、项目分析无论在日常生活还是在各种工业控制领域，准确的获取温度数据都是最为常见的需求。温度传感器起到了举足轻重的作用。该项目要求组成单片机和温度传感器的控制系统，实现基于DS18B20的高温报警控制。即当温度超过我们设定的最高值时，自动发出报警信号。DS18B20是常用的数字温度传感器，体积小，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，在该项目中可以采用该温度传感器实现测温及高温报警控制。该项目需要掌握的知识技能如下：(1)温度传感器的工作原理；(2)DS18B20的读写时序；(3)现场温度采集和显示；单片机、温度传感器和KeilC51软件的互联。学习路线图任务1认识温度传感器不论是在日常生活、工业控制还是在航空航天技术等领域，温度测量和温度控制技术都得到了广泛的应用。作为核心元器件的温度传感器也得到了迅速发展，并呈现出体积小、功耗低、可靠性高、成本低等优点。温度传感器（temperaturetransducer）是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。引导问题1什么是接触式温度传感器，有什么特点，并举例说明。引导问题2什么是非接触式温度传感器，有什么特点，并举例说明。引导问题3热电阻和热电偶传感器各有什么特点？DS18B20是常用的数字温度传感器，其输出的是数字信号，具有体积小，硬件开销低，抗干扰能力强，精度高的特点。DS18B20数字温度传感器接线方便，封装形式多样，封装后的DS18B20耐磨耐碰，体积小，适用于各种狭小空间设备数字测温和控制领域，例如：电缆沟测温，高炉水循环测温，锅炉测温，机房测温，农业大棚测温，洁净室测温，弹药库测温等各种非极限温度场合。Dallas半导体公司的数字化温度传感器DS1820是世界上第一片支持“一线总线”接口的温度传感器。可以方便的组建传感器网络，经济而使用。任务2

认识DS18B20引导问题4DS18B20有三个引脚，将引脚和作用对应连线。引脚名称GNDDQVDD作用数字信号输入输出端外接电源输入端电源地DS18B20的内部结构主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器。ROM中的64位序列号是出厂前被光刻好的，前8位是DS18B20的自身代码，接下来的48位为连续的数字代码，最后的8位是对前56位的CRC校验。它可以看作是该DS18B20的地址序列码，每个DS18B20的64位序列号均不相同，这样就可以实现一根总线上挂接多个DS18B20。（1）存储器寄存器内容字节地址温度低八位0温度高八位1高温阈值2低温阈值3配置寄存器4保留5技术剩余值6每度计数值7CRC校验8DS18B20的存储器包括高速暂存器RAM和可电擦除RAM，可电擦除RAM又包括温度触发器TH和TL，以及一个配置寄存器。高速暂存器由9个字节组成，分为温度的低八位数据0、温度的高8位数据1、高温阈值2、低温阈值3、配置寄存器4、保留5、保留6、保留7和CRC校验8。器件断电时，EEPROM寄存器中的数据保留，上电后，EEPROM数据被重新加载到相应的寄存器位置，也可以使用命令随时将数据从EEPROM重新加载到暂存器中。温度寄存器数据格式如下图DS18B20中的温度传感器数据用16位二进制形式提供，其中S为符号位（正数S=0，负数S=1）。配置寄存器数据格式R1，R0是温度的决定位，由R1，R0的不同组合可以配置为9位，10位，11位，12位的温度显示，分别对应0.5℃、0.25℃、0.125℃和0.0625℃的增量。R1R0分辨率最高精度0090.501100.2510110.12511120.0625开机时的默认分辨率是12位。如果DS18B20配置为12位分辨率，那么温度寄存器中的所有位都将包含有效数据。对于11位分辨率，0位没有定义。对于10位分辨率，位1和0没有定义，对于9位分辨率，位2、位1和位0没有定义。以12位转化为例：如果测得的温度是正数，高5位全为0，将测量的数值乘以0.0625即可得到实际温度。如果测得的温度是负数，高5位全为1，测得的数值取反再加1，然后乘以0.0625，即可得到实际的温度。引导问题5根据测得的数值，填写下表测得的二进制数值十六进制值实际温度值（十进制）000001111101000007D0125oC0000010101010000

0000000110010001

0000000010100010

0000000000001000

0000000000000000

1111111111111000

1111111101011110

1111111001101111

1111110010010000FC90-55oCTH和TL报警寄存器格式TH和TL寄存器存储温度报警触发值，符号位S表示值是正还是负，对于正数，S=0，对于负数，S=1。DS18B20执行温度转换后，将温度值与用户定义的两个报警触发值进行比较，由于TH和TL是8位寄存器，因此在比较TH和TL时只使用温度寄存器的第11位到第4位，如果被测温度低于或等于TL值，或高于或等于TH值，则在DS18B20内部存在报警条件，并设置报警标志。主设备可以通过发出一个[EC]命令来检查总线上所有DS18B20的报警标志状态。TH和TL寄存器是非易失性的（EEPROM），当设备断电时，它们将保留数据。可以通过内存部分暂存器的字节2和字节3访问TH和TL。引导问题6根据测得的数值，填写下表限值温度要求TH和TL设置123oC

22oC

0oC

-18oC

-55oCDS18B20单线通信功能是分时完成的，他有严格的时序概念，如果出现序列混乱，1-WIRE器件将不响应主机，因此读写时序很重要。系统对DS18B20的各种操作必须按协议进行。根据DS18B20的协议规定，微控制器控制DS18B20完成温度的转换必须经过以下3个步骤：任务3DS18B20的时序1、每次读写前对DS18B20进行复位初始化。复位要求主CPU将数据线下拉500us，然后释放，DS18B20收到信号后等待16us~60us左右，然后发出60us~240us的存在低脉冲，主CPU收到此信号后表示复位成功。2、发送一条ROM指令。指令指令代码功能读ROM33H读芯片中的编码（64地址）ROM匹配55H发出此命令和64位ROM编码，访问单总线上与该编码一致的DS18B20，使之做出响应，为下一步对DS18B20的读写准备搜索ROM0F0H用于确定挂接在同一总线上DS18B20的个数和地址，为操作各器件做准备跳过ROM0CCH忽略64位ROM地址，直接向DS18B20发温度变换命令，适用于单片工作报警搜索0ECH该指令执行后，只有温度超过设定值上限或下限的片子才做出响应3、发送存储器指令。指令指令代码功能温度变化44H功能DS18B20进行温度转换，转换时间最长500ms（典型为200ms），结果存入内部9字节的RAM中读暂存器0BEH读内部RAM中9字节的内容写暂存器4EH发出向内部RAM的第3,4字节，写上下限温度数据命令，紧跟该命令之后，是传送两字节的数据复制暂存器48H将RAM中第3,4字节的内容复制到EEPROM中重调EEPROM0B8HEEPROM中的内容恢复到RAM中第3,4字节读供电方式0B4H读DS18B20的供电模式，寄生供电时DS18B20发送“0”，外接电源供电DS18B20发送“1”。现在我们要做的是让DS18B20进行一次温度的转换，操作步骤是：1、主机先作个复位操作，2、主机再写跳过ROM的操作（CCH）命令，3、然后主机接着写个转换温度的操作命令，后面释放总线至少一秒，让DS18B20完成转换的操作。在这里要注意的是每个命令字节在写的时候都是低字节先写，例如CCH的二进制为11001100，在写到总线上时要从低位开始写，写的顺序是“0、0、1、1、0、0、1、1”。读取RAM内的温度数据。同样，这个操作也要接照三个步骤。

1、主机发出复位操作并接收DS18B20的应答（存在）脉冲。

2、主机发出跳过对ROM操作的命令（CCH）。

3、主机发出读取RAM的命令（BEH），随后主机依次读取DS18B20发出的从第0一第8，共九个字节的数据。如果只想读取温度数据，那在读完第0和第1个数据后就不再理会后面DS18B20发出的数据即可。同样读取数据也是低位在前的。具体操作举例：引导问题7